management of the firm - Konferensi Nasional Teknik Sipil 11

Konferensi Nasional Teknik Sipil 3 (KoNTekS 3)
Jakarta, 6 – 7 Mei 2009
STUDI MODEL EMBANKMENT TANAH LEMPUNG
DENGAN STABILISASI KAPUR-ABU SEKAM PADI DAN SERAT KARUNG
PLASTIK YANG DICAMPUR DALAM BERBAGAI KONFIGURASI
Anita Widianti 1, Edi Hartono 2 dan Agus Setyo Muntohar 3
1
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Jl. Lingkar Selatan, Tamantirto, Bantul, DIY
Email: [email protected]
2
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Jl. Lingkar Selatan, Tamantirto, Bantul, DIY
Email: [email protected]
3
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, Jl. Lingkar Selatan, Tamantirto, Bantul, DIY
Email: [email protected]
ABSTRAK
Embankment dari tanah lempung dapat memiliki kuat dukung yang rendah dan penurunan yang
besar. Dengan melakukan stabilisasi terhadap tanah tersebut secara mekanis (menggunakan serat
karung plastik sebagai perkuatan) dan secara kimia (dengan kapur dan abu sekam padi),
diharapkan dapat meningkatkan kuat dukung ultimit (qu), serta mengurangi penurunan vertikal (Sv)
dan pergeseran arah horizontal (Sh) yang terjadi. Dalam penelitian ini dilakukan uji beban terhadap
empat model embankment tanah dengan konfigurasi pencampuran kapur-abu sekam padi dan serat
karung plastik yang berbeda, yaitu tipe cover, layer, column dan mix guna menentukan konfigurasi
pencampuran dengan qu tertinggi serta Sv dan Sh terkecil. Embankment ditempatkan di atas box
berukuran 120x120x100 cm3 yang berisi lempung plastisitas tinggi sebagai tanah dasarnya. Kadar
kapur yang digunakan sebesar 12 %, abu sekam padi sebesar 24 % dan serat karung plastik sebesar
0,4% dari berat total campuran. Hasil penelitian menunjukkan bahwa embankment dari tanah kapur - abu sekam padi – serat karung plastik yang dicampur secara homogen (mixed
embankment) memiliki qu tertinggi serta Sv dan Sh terkecil dibandingkan dengan model
embankment dengan konfigurasi pencampuran yang lain. Nilai qu meningkat hingga 2,1 kali dari
qu embankment tanah asli, Sv mengalami penurunan hingga 72,5 % dari Sv embankment tanah asli,
sedangkan Sh dapat berkurang hingga 94 % dari Sh embankment tanah asli.
Kata kunci : embankment, kapur, abu sekam padi, serat karung plastik, kuat dukung ultimit,
penurunan
1.
PENDAHULUAN
Konstruksi embankment tanah sering digunakan pada pekerjaan teknik sipil, diantaranya pada pekerjaaan jalan raya.
Dengan adanya beban vertikal yang diterima oleh konstruksi embankment, maka tanah dapat mengalami penurunan
(settlement) dan pergeseran. Penurunan ini terjadi akibat dari kurangnya daya dukung tanah, baik tanah asli yang
berperan sebagai fondasi maupun konstruksi embankment yang berada di atasnya. Untuk itu perlu dilakukan
perbaikan terhadap tanah (stabilisasi) yang dapat dilakukan secara mekanis (menggunakan perkuatan) maupun
secara kimiawi (yaitu dicampur dengan kapur atau pozzolan). Kombinasi dari teknik perbaikan tanah secara mekanis
dan kimia diharapkan akan memberikan hasil yang lebih baik. Disamping itu konstruksi embankment yang akan
dibangun di atas tanah lempung sangat lunak (soft soil) akan lebih menguntungkan bila terbuat dari material yang
ringan karena dapat mengurangi terjadinya penurunan pada tanah dasarnya. Salah satu cara yang digunakan adalah
dengan menambahkan kapur, abu sekam padi dan serat. Disamping sebagai bahan timbunan yang ringan, secara
teori penambahan kapur dan abu sekam padi dalam tanah akan menyebabkan terjadinya reaksi pozzolan. Hasil dari
reaksi itu adalah suatu gel silikat – aluminat hidrat yang mampu meningkatkan kekuatan tanah terhadap gaya tekan.
Untuk perkuatan tanah dengan menggunakan serat (fiber) didasarkan pada kekuatan geser antara serat dan partikelpartikel tanah. Seperti diketahui bahwa tanah tidak mampu menahan gaya tarik, sebaliknya terhadap kekuatan desak
sangat baik sekali. Konsep dasar dari penambahan serat adalah sebagai material yang mempunyai regangan putus
lebih tinggi dibandingkan dengan regangan runtuh tanah. Dengan demikian perkuatan bekerja dari regangan rendah
sampai regangan runtuh tanah dan setelah regangan runtuh tanah dilampaui, perkuatan masih mampu memberikan
tegangan tarik sehingga bisa mencegah keruntuhan yang mendadak (McGown, dkk, 1978 dalam Kumar dan Tabor,
2003).
Universitas Pelita Harapan – Universitas Atma Jaya Yogyakarta
G - 57
Anita Widianti, Edi Hartono dan Agus Setyo Muntohar
Dalam skala laboratorium telah banyak dilakukan penelitian terkait dengan permasalahan konstruksi embankment
tanah, diantaranya adalah Krishnaswamy dkk (2000), Muntohar (2000), Munthohar (2003) serta Widianti dkk
(2008). Dalam penelitian ini akan dikaji pengaruh pemberian campuran kapur – abu sekam padi dan serat karung
plastik dalam berbagai konfigurasi terhadap besarnya kuat dukung ultimit, penurunan vertikal dan pergeseran
horisontal pada embankment tanah lempung yang dibangun di atas tanah dasar berupa tanah lempung plastisitas
tinggi.
2.
METODE PENELITIAN
Bahan
Sebagai bahan embankment dan tanah dasar digunakan tanah lempung plastisitas tinggi (CH atau A-7- 6) dengan
nilai kepadatan maximum (MDD) sebesar 1,262 gr/cm3 dan kadar air optimum (OMC) sebesar 22,45 %
Serat-serat karung plastik yang dipotong-potong sepanjang + 2 cm secara acak. Secara fisis, serat karung plastik
yang dipilih adalah yang tidak rapuh atau lapuk bila ditarik dengan tangan, sehingga masih mampu memberikan
perlawanan tarik. Dari hasil uji tarik diketahui karung plastik tersebut memiliki kuat tarik maksimum sebesar 46,50
kN/m1 dan regangan maksimum sebesar 20,04 %.
Abu sekam padi, merupakan sisa dari pembakaran sekam padi dalam proses pembuatan batu bata.
Kapur padam (hydrated lime) yang tergolong sebagai calcium hydroxide dan berupa bubuk.
Desain campuran
Kadar kapur yang diperlukan untuk stabilisasi ditentukan dari uji initial consumption of lime (ICL) sebagaimana
disebutkan dalam ASTM D6276-99a. Dari pengujian tersebut diperoleh kadar kapur sebesar 12 %.
Menurut Muntohar (2004), proporsi campuran kapur-abu sekam padi dengan perbandingan 1 : 2 (pada kadar
optimum) memberikan kekuatan dan durabilitas yang sangat baik. Oleh karena itu dalam penelitian ini digunakan
kadar abu sekam padi sebesar 24 %.
Berdasarkan hasil penelitian terdahulu, kadar serat yang memberikan peningkatan paling optimum terhadap sifatsifat mekanis tanah adalah sebesar 0,4% dari berat kering total campuran pada kepadatan maksimum dan kadar air
optimum.
Alat
Kotak model (model box) yang terbuat dari pelat baja berukuran 120 x 120 x 100 cm sebagai tempat tanah dasar.
Cetakan untuk mencetak model embankment dengan ukuran sebagai berikut :
Tinggi
= 30 cm
Ukuran sisi atas
= 35 cm x 35 cm
Ukuran sisi bawah
= 95 cm x 35 cm
Kemiringan lereng kanan dan kiri = 1 : 1 (45°)
Alat uji beban yang terdiri dari mesin penekan dan proving ring yang dilengkapi dengan penolok ukur beban, pelat
perata beban dan kerangka beban (loading frame).
Dial gauge indicator untuk mengukur besarnya penurunan vertikal yang terjadi pada embankment pada saat
pembebanan vertikal. Disamping itu dial gauge indicator juga dipasang pada sisi kanan dan kiri lereng dengan
posisi tegak lurus permukaan lereng untuk mengetahui pergeseran horizontal yang terjadi saat pembebanan.
Rancangan benda uji
Pemberian campuran kapur – abu sekam padi dan serat karung plastik ke dalam embankment tanah akan dilakukan
dalam empat konfigurasi seperti yang dapat dilihat pada Gambar 1.
G - 58
Universitas Pelita Harapan – Universitas Atma Jaya Yogyakarta
Studi Model Embankment Tanah Lempung dengan Stabilisasi Kapur-Abu Sekam Padi dan Serat Karung Plastik Yang Dicampur dalam
Berbagai Konfigurasi
Gambar 1. Rencana konfigurasi pencampuran bahan embankment (Lanjutan).
Universitas Pelita Harapan – Universitas Atma Jaya Yogyakarta
G - 59
Anita Widianti, Edi Hartono dan Agus Setyo Muntohar
Tahapan pengujian di laboratorium
Pengujian dilakukan di Laboratorium Mekanika Tanah, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas 'I'eknik, Universitas
Muhammadiyah Yogyakarta. Adapun urutan pelaksanaan selengkapnya adalah sebagai berikut :
Tahap I : penentuan nilai berat volume kering maksimum (MDD) dan kadar air optimum (OMC) campuran tanah
lempung, kapur, abu sekam padi dan serat karung plastik. Uji pemadatan standar proctor yang dilakukan mengacu
pada ASTM D-698. Dari hasil uji tersebut diperoleh nilai MDD sebesar 0,9815 gr/cm3 dan OMC sebesar 23,80 %.
Nilai tersebut selanjutnya dipakai sebagai acuan dalam mempersiapkan bahan embankment.
Tahap II : Persiapan tanah dasar, berupa tanah lempung yang. diletakkan di dalam kotak model berukuran 120 cm x
120 cm x 100 cm. Pemadatan dilakukan dengan memberikan beban dinamis hingga kotak model penuh.
Tahap III : Pembuatan benda uji embankment. Guna memudahkan dalam proses pembuatan embankment dan agar
tanah dasar tidak terusik kepadatan dan tegangannya, maka embankment dicetak secara terpisah dari tanah dasar.
Setelah terbentuk sesuai dengan yang ditentukan, model embankment dirawat selama 7 hari agar terjadi proses
modifikasi tanah (soil modification) akibat reaksi dari bahan tambah dan tanah. Disamping itu pada umur tersebut
perilaku getas akan banyak terjadi setelah proses stabilisasi. Setelah 7 hari kemudian embankment ditempatkan
secara perlahan di atas tanah dasar.
Tahap IV : Pengujian embankment di atas tanah dasar. Model embankment yang akan diuji ditempatkan sedemikian
rupa sehingga proving ring dari mesin penekan (loading cell) tepat di atasnya. Untuk menjamin agar beban yang
diberikan menyebar secara merata, di bagian atas puncak embankment diberi pelat baja setebal 9 mm dengan ukuran
luas sesuai dengan ukuran dimensi bagian atas puncak embankment. Dua penolok ukur (dial gauge indicator)
dipasang pada bagian puncak embankment untuk membaca besarnya penurunan. Langkah selanjutnya adalah proses
pembebanan statis dengan kecepatan pembebanan 1 mm/menit. Beban yang diberikan dibaca dari proving ring
setiap perubahan penurunan 1 mm. Pembebanan dilakukan hingga embankment mencapai keruntuhan (melalui
pengamatan visual atau bila tidak lagi terjadi penambahan beban seiring dengan penurunan). Skema rangkaian alat
dapat dilihat pada Gambar 2.
hydraulic jack
gauge 2 atas ( vertikal )
gauge 1 atas ( vertikal )
gauge 1 lereng ( horizontal )
30 cm
gauge 2 lereng ( horizontal )
model embankment
95 cm
70 cm
Tanah dasar berupa tanah lempung
tanah dasar
120 cm
Gambar 2. Skema rangkaian alat uji di laboratorium.
G - 60
Universitas Pelita Harapan – Universitas Atma Jaya Yogyakarta
Studi Model Embankment Tanah Lempung dengan Stabilisasi Kapur-Abu Sekam Padi dan Serat Karung Plastik Yang Dicampur dalam
Berbagai Konfigurasi
3.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hubungan antara beban dan penurunan
Karakteristik penurunan embankment akibat beban yang bekerja di atasnya dapat dikaji dari hasil uji beban. Gambar
3 menunjukkan hubungan antara beban dan penurunan untuk embankment baik tanpa maupun dengan campuran
kapur-abu sekam padi dan inklusi serat karung plastik dalam berbagai konfigurasi yang diletakkan di atas tanah
lempung.
Gambar 3. Hubungan antara beban dan penurunan vertikal untuk embankment dengan berbagai konfigurasi
pencampuran di atas tanah lempung.
Dari Gambar 3 terlihat bahwa embankment tanah yang distabilisasi menggunakan kapur-abu sekam padi dan
diperkuat dengan serat karung plastik dalam empat konfigurasi pencampuran mampu menerima beban maksimum
yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan embankment tanah tanpa campuran. Secara teori, penambahan kapur
dan abu sekam padi dalam tanah akan menyebabkan terjadinya reaksi pozzolan. Hasil dari reaksi ini adalah suatu gel
silikat – aluminat hidrat yang mampu meningkatkan kekuatan tanah terhadap gaya tekan. Disamping itu kapur juga
terbukti mampu mempengaruhi tanah di sekitarnya sehingga kekuatannya meningkat, dimana peningkatan tersebut
bervariasi tergantung pada jarak dari kapur tersebut. Pencampuran serat dalam tanah akan dapat meningkatkan
kemampuan tanah dalam menerima gaya tarik. Serat-serat tersebut akan memperkuat ikatan dalam matrik tanah
serta memberikan perlawanan tarik melalui gesekan (friction) dan lekatan (cohesion) antara tanah dan serat terhadap
keruntuhan.
Hubungan antara beban dan pergeseran horisontal
Gambar 4 menunjukkan hubungan antara beban dan pergeseran horisontal untuk embankment baik tanpa maupun
dengan campuran kapur-abu sekam padi dan serat karung plastik dalam empat konfigurasi yang diletakkan di atas
fondasi tanah lempung.
Universitas Pelita Harapan – Universitas Atma Jaya Yogyakarta
G - 61
Anita Widianti, Edi Hartono dan Agus Setyo Muntohar
Gambar 4. Hubungan antara beban dan pergeseran horisontal embankment
Dari Gambar 4 dapat dilihat bahwa pada saat awal pembebanan akan terjadi pergeseran horisontal yang relatif kecil.
Jika beban ditambah, maka pergeseran horisontal juga akan bertambah. Akhirnya pada suatu saat terjadi kondisi
dimana pada pembebanan yang tetap, embankment mengalami pergeseran horisontal yang cukup besar. Kondisi ini
menunjukkan bahwa keruntuhan embankment telah terjadi. Adanya stabilisasi tanah menggunakan kapur-abu sekam
padi dan inklusi serat karung plastik dalam empat konfigurasi tersebut terbukti mampu meningkatkan beban
maksimum serta mengurangi pergeseran horisontal yang terjadi.
Kuat dukung ultimit (qu) embankment
Parameter lainnya yang dapat diperoleh dari pengujian ini adalah kuat dukung ultimit (qu) embankment. Berdasarkan
hasil analisis, qu dari berbagai tipe embankment yang diuji dapat disajikan dalam Gambar 5. Dari gambar tersebut
terlihat bahwa qu tanah lempung yang dicampur dengan kapur-abu sekam padi dan serat karung plastik mengalami
peningkatan kekuatan yang cukup baik dalam menerima beban yang bekerja di atasnya. Pada tipe mixed
embankment, qu setelah distabilisasi mengalami peningkatan hingga 2,1 kali dari embankment tanah tanpa
campuran.
Gambar 5. Kuat dukung ultimit rata-rata pada berbagai jenis embankment.
G - 62
Universitas Pelita Harapan – Universitas Atma Jaya Yogyakarta
Studi Model Embankment Tanah Lempung dengan Stabilisasi Kapur-Abu Sekam Padi dan Serat Karung Plastik Yang Dicampur dalam
Berbagai Konfigurasi
Penurunan vertikal (Sv) pada kondisi beban tertentu
Besarnya penurunan vertikal (Sv) pada beban tertentu (80 kN) untuk berbagai tipe embankment tanah yang diuji
ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Penurunan embankment tanah pada beban 80 kN.
Secara umum dapat dilihat bahwa dengan adanya stabilisasi tanah menggunakan kapur-abu sekam padi dan serat
karung plastik, disamping dapat meningkatkan beban maksimum juga akan mengurangi Sv dari embankment
tersebut. Pada konfigurasi tipe mixed embankment, besarnya pengurangan Sv tersebut hingga mencapai 72,5 %
dibandingkan dengan Sv pada tanah tanpa campuran.
Pergeseran horisontal (Sh) pada kondisi beban tertentu
Besarnya pergeseran horisontal (Sh) pada beban tertentu (80 kN) untuk berbagai tipe embankment tanah yang diuji
ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7. Pergeseran horisontal pada beban 80 kN.
Universitas Pelita Harapan – Universitas Atma Jaya Yogyakarta
G - 63
Anita Widianti, Edi Hartono dan Agus Setyo Muntohar
Penambahan serat karung plastik pada tanah yang dicampur dengan kapur-abu sekam padi mampu meningkatkan
kuat geser tanah. Dalam hal ini, adanya penambahan serat karung plastik akan memperkuat ikatan dalam matrik
tanah serta memberikan perlawanan tarik melalui gesekan (friction) dan lekatan (cohesion) antara tanah dan serat
terhadap keruntuhan. Dari Gambar 7 dapat dilihat bahwa besarnya pergeseran horisontal mengalami penurunan
hingga mencapai 94 % dibandingkan pergeseran horizontal pada embankment tanah asli, yaitu pada konfigurasi tipe
mixed embankment.
4.
KESIMPULAN
Embankment dari tanah lempung - kapur - abu sekam padi – serat karung plastik yang dicampur secara homogen
(mixed embankment) memiliki nilai kuat dukung ultimit (qu) tertinggi serta penurunan vertikal (Sv) dan pergeseran
horisontal (Sh) terkecil dibandingkan dengan model embankment dengan konfigurasi pencampuran yang lain.
Nilai qu meningkat hingga 2,1 kali dari qu embankment tanah asli, Sv mengalami pengurangan hingga 72,5 % dari Sv
embankment tanah asli, sedangkan Sh dapat berkurang hingga 94 % dari Sh embankment tanah asli.
DAFTAR PUSTAKA
Krishnaswamy N, R., Rajagopal, K., dan Madhavi Latha, G. (2000). "Model studies on geocell suppoted
embankments constructed over a soft clay foundation", Geotechnical Testing Journal, GTJODJ, Vol. 23, No.
1, 45-54.
Kumar, S., dan Tabor, E., 2003, “Strength characteristics of silt clay reinforced with randomly oriented
nylon fibers”, Electronic Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 8.
Muntohar, A.S., 2000b, “Evaluation the using of plastic sack rubbish as fabrics on expansive embankment”. Jurnal
Semesta Teknika, Vol. 1 No. 4, 1-10.
Muntohar, A.S. (2003). Inclusion of randomly rubbish-fibre (RRF) as temporary embankment reinforcement,
Naskah Disajikan dalam Konferensi Nasional Teknik Jalan Ke-6, 6-8 Oktober 2003, Jakarta.
Muntohar, A.S. (2004). Uses of RHA to enhanced lime-stabilized clay soil, Naskah disajikan dalam International
Conference on Geotechnical Engineering, 3-6 October 2004, Sharjah, United Arab Emirates.
Widianti, A., Hartono, E. Dan Muntohar, A.S. (2008). ”Studi model embankment tanah dengan campuran kapur abu sekam padi dan serat karung plastik”. Jurnal Dinamika Teknik Sipil UMS Vol. 8 No.2, hal 118-126
G - 64
Universitas Pelita Harapan – Universitas Atma Jaya Yogyakarta